Учебное пособие подготовлено по дисциплине «Рациональное использование и охрана природных ресурсов». Приведена классификация антропогенных факторов, оказывающих влияние на изменение окружающей среды при открытых горных работах. Последовательно изложены технически возможные, экономически целесообразные и экологически необходимые мероприятия при открытой разработке угольных месторождений, обеспечивающие рациональное использование и охрану природных ресурсов. Приведены примеры расчетов размеров зон антропогенного воздействия на окружающую среду.

Обобщены результаты многолетних исследований по изучению состояния и загрязнения почв Кузбасса тяжёлыми металлами и радионуклидами. Проведён современный комплексный эколого-геохимический анализ особенностей поведения валовых и подвижных форм ряда тяжёлых металлов и выявлены закономерности их распределения и факторы, определяющие пространственную и внутрипрофильную дифференциацию, дана количественная оценка содержания естественных радионуклидов, цезия-137 и стронция-90 и оценена степень устойчивости почв по отношению к загрязнителям..

Дано систематизированное краткое описание способов, устройств, составов и штампов микроорганизмов для технической и биологической рекультивации земель, нарушенных при работе предприятий горнодобывающей и других отраслей промышленности. Сформулированы основные тенденции и направления развития технических решений в данных областях.

Рассмотрены направления рекультивации земель Кемеровской области. Какие затраты необходимо сделать при рекультивации территорий. Предложено в пределах технологического парка сформировать учреждение, являющееся центром объединения категорий компаний, ведущих деятельность по рекультивации техногенных рельефов.

Решение экологических проблем предприятий открытых горных работ в Кузбассе землеустроительными методами является мало изученным. Для размещения предприятий открытых горных работ происходит перераспределение земельного фонда территорий. Другим  часто  применяемых решением является выделение  земель худшего качества. Следующим землеустроительным приемом является установление санитарно-защитных зон в целях обеспечения безопасности населения вокруг  опасных объектов и  производств,  размер  которой  обеспечивает уменьшение воздействия загрязнения на атмосферный воздух (химического, биологического, физического).  Для развития указанных методов предлагается ввести в учебный план горных специалистов дисциплину "Основы территориального и внутрихозяйственного землеустройства для предприятий открытых горных работ".

Предложены направления исследований в области рекультивации нарушенных земель, методы повышения качества рекультивации, требования к системе базисных зон на техногенных территориях.

Рассмотрены цель, задачи, объекты производственного экологического мониторинга, этапы работ, нормативная база. Даны базовые принципа мониторинга биотических компонентов.

В условиях возрастающей антропогенной нагрузки рациональное использование земель становится все более актуальным. Для разрешения ситуации предложено разработать комплексную программу развития региона, которая четко определит порядок отработки месторождения и рекультивации нарушенных земель.

Рассмотрены экологические последствия техногенного воздействия открытых горных предприятий на окружающую среду.

В результате обобщения данных по очистке глинистых грунтов электрохимическим способом установлено: добиться высокой степени очистки без применения химических реагентов или растворов ПАВ невозможно, применение специальных химических агентов снижает затраты электроэнергии и времени на очистку.

Приведена классификация методов очистки грунтов от загрязнителей различного рода. Рассмотрен анализ факторов, влияющих на интенсивность электроосмотических процессов, протекающих при обработке грунтов.

По результатам анализа базы патентов на изобретения РФ выделены основные направления изобретений в области очистки грунтов от экотоксикантов, ряд малоизученных проблем.  Рассмотрены перспективные методы очистки грунтов.

Причина  интереса  к  ГВ  – наличие  у  них  разнообразных  специфических свойств,  открывающих  возможности  их  широкого  практического  использования  во многих  отраслях  промышленности. ГВ  применяют в  природоохранной  деятельности, для очистки почв от загрязнения нефтепродуктами, для очистки сточных вод от тяжелых и радиоактивных металлов. В данной работе рассмотрены технологии получения, а также  способы модификации ГВ проводимые в Федеральном исследовательском центре угля и углехимии СО РАН  (г. Кемерово).

В статье рассматривается метод диагностирования зон загрязнения грунтов электрически контрастными экотоксикантами, а также способы мониторинга процессов дезактивации грунтов геофизическими способами. Проведен расчет и моделирование зоны загрязнения грунтов при диагностировании методами электроразведки. По схемам зондировании и профилировании. В работе решена прямая и обратная задача электроразведки с зоной загрязнения в виде шара внутри однородного грунтового массива, при этом были установлены основные расчетные зависимости, которые с наибольшей точностью описывают полученные экспериментальным путем данные. Предлагаемый в работе алгоритм, основанный на адаптивном методе случайного поиска, позволяет по результатам электрических профилирований оперативно определять зону загрязнения электрически контрастными экотоксикантами: глубину расположения; эффективный радиус и оценивать степень загрязнения по соотношению удельных электросопротивлений аномальной зоны и вмещающей среды.

Для выявления закономерностей изменения физических свойств грунтов  при  электроосмотической  очистке  от  нефтезагрязнений  в  лаборатории КузГТУ были проведены исследования на объемной физической модели. Основными задачами экспериментальных исследований были: изучение пространственно-временных изменений свойств грунтов при электроосмотической очистке от нефтезагрязнений; установление диапазонов физических параметров очищаемого массива; исследование процессов электрокоагуляции, способствующих переходу нефтепродуктов в твердое состояние.

Наибольшую актуальность для восстановления экологического баланса на территории  Ленинск-Кузнецкого городского округа имеют:  уменьшение производственных отходов, очистка сточных вод, ужесточение контроля и наказаний за загрязнение окружающей среды, «внедрение  механизмов добровольной экологической ответственности угледобывающих компаний».

Актуальность мониторинга земель обусловлена тем, что уровень экологически допустимого воздействия на землю в ряде регионов страны превышен, существует реальная угроза полного истощения и загрязнения земель. Описаны задачи и классификация мониторинга. Подробно рассмотрены локальный мониторинг, его организация и задачи, методика обследования городских почв.

Мониторинг земель является частью государственного экологического мониторинга и представляет собой систему наблюдений, оценки и прогнозирования, направленных на получение достоверной информации о состоянии земель, об их количественных и качественных характеристиках, их использовании и о состоянии плодородия почв, а также предупреждения и устранения последствий  негативных  процессов. Рассмотрены задачи и структура мониторинга земель, основные критерии экологической оценки при городском земельном кадастре.

Рассмотрены  последствия  негативного  влияния  промышленных предприятий на окружающую среду на примере Гурьевского муниципального района. Основное  вредоносное воздействие оказывают породные отвалы разреза «Шестаки». Исследования показали, что открытая разработка угля  приводит к нарушению почвенного  комплекса  и,  как  следствие,  уничтожению  растительности. Направленность и скорость процессов естественного зарастания нарушенных земель  показывает,  что  эти  процессы  идут  крайне  медленно.  Поэтому выходом  в  сложившейся  ситуации  будет биологическая  рекультивация техногенных ландшафтов.

Полученные результаты по исследованию городских почв позволили определить степень загрязнения и характеристику местоположения земельных участков; оценить негативное воздействия городской среды на урбаноземы.

Целью  обследований  городских  почв  является  выявление  деградированных и загрязненных земель с установлением степени их деградации (загрязнения).. Перечислены способы получения сведений при  осуществлении  государственного  мониторинга  земель.

Для  обоснования параметров  технологии  контролируемой  электрохимической  очистки  глинистых  грунтов  от  нефтезагрязнений  проведен  комплекс лабораторных экспериментов на физических моделях.

Выявлены объекты диагностирования - потенциальные источники загрязнения грунта нефтепродуктами. Разработаны схемы и алгоритмы определения расположения зоны загрязнения, выбора способа дезактивации по величине интегрального показателя. Приведены методики электрофизического диагностирования зон загрязнения, методики и схемы контроля процессов электрохимической очистки грунтов от нефтезагрязнений. Представлены основные технические характеристики применяемой при обработке грунтов электросиловой и контрольно-измерительной аппаратуры, результаты мониторинга на опытном полигоне.

Рассмотрены особенности потенциально  перспективного метода  очистки  грунтов  – электрохимического метода. Представлен  анализ  влияния  рассмотренных  параметров среды на эффективность электроосмотического воздействия.

В данной работе рассмотрена методика, основанная на количественной оценке содержания нефтепродуктов по измеряемому удельному электрическому сопротивлению (УЭС) загрязненного грунта. Предложенная методика позволяет: оперативно оценить степень  загрязнения грунта нефтью  или нефтепродуктами; обосновать рекомендации для принятия решений по выбору оптимальных параметров технологии очистки нефтезагрязненных грунтов и восстановлению природной среды.

В статье изложены результаты контроля процессов электрообработки грунтового массива, искусственно насыщенного нефтепродуктами (отработанным маслом, бензином) по изменению электросопротивления грунта с использованием системы микрозондов и схемы вертикального электрического зондирования. Детализированы процессы образования зон осушения, скопления нефтепродуктов при электроосмотическом переносе, изменения структуры грунта в результате коагуляции нефтепродуктов, динамики движения жидкостей в приэлектродных зонах. Доказана эффективность применения электрофизического контроля при исследовании сложных физических процессов и практическом управлением состоянием грунтовых массивов.

На кафедре «Открытые горные работы» КузГТУ предлагается изменить сами подходы к формированию, как процесса внешнего отвалообразования, так и его последующей рекультивации. Представлена последовательность экологосберегающей технологии отсыпки внешнего вскрышного отвала при открытой угледобыче. Коллективом  авторов  отмечены  положительные стороны такого способа отвалообразования.

Анализ тенденции сдачи земель говорит о том, что повсеместно в угледобывающих регионах  Сибири  происходит  замещение  плодородных  земель сельскохозяйственного  назначения,  имеющих  большую  ценность  для общества  в  глобальном  понимании,  на земли  с  более  низкими агротехническими и почвенно-химическими характеристиками. Доказана невозможность интенсивного использования как  просто  спланированных  отвалов  вскрышных  пород,  так  и рекультивированных  с  отсыпкой  ПСП  участков  для  выращивания требовательных к плодородию культур, т.е. в качестве пашни.

В процессе эксплуатации разреза плодородный слой почвы снимается с поверхности горного отвода, и перемещается во временный склад. В районе участка «Краснобродский угольный разрез» средняя мощность плодородного слоя почв составляет 0,5 м. В статье описано как рационально использовать земельные ресурсы в условиях рекультивации действующего участка горных работ.

В статье обосновывается необходимость решения вопросы по использованию горных отводов шахт для складирования горных пород, а также накопления финансовых ресурсов действующих предприятий для выполнения рекультивации нарушенных земель и восстановления их для народно-хозяйственных нужд.

Основными источниками загрязнения грунтов на горнодобывающих и обогатительных предприятиях в Кузбассе являются: сооружения по очистке промышленных стоков и сточных вод (грунтовые фильтры); топливо-заправочные пункты; котельные и теплоэлектростанции; сухие и гидроотвалы; шламоотстойники обогатительных фабрик. Приведены: количество  источников  загрязнения  на  примере угледобывающего предприятия ОАО «УК «Кузбассразрезуголь», объем образования отходов по городам Кемеровской области, кратность превышения   ПДК тяжелых  металлов  в валовой  форме  в золошлаковых отходах и шлаке  котельных Кемеровской области.

Выявлены  закономерности  и  диапазоны  изменения  физических свойств загрязненных грунтов при воздействии на массив электрического токаи химического реагента. Установлено явление коагуляции нефтепродуктов в порах грунта при электрообработке. Экспериментально подтверждены взаимосвязь физическихпроцессов в зоне электрообработки с изменениями электросопротивления грунта.

В статье описаны закономерности и диапазоны изменения физических свойств загрязненных грунтов при воздействии на массив электрического потока и химического реагента. Установлено явление коагуляции нефтепродуктов в порах грунта при электрообработке. Экспериментально подтверждены взаимосвязь физических процессов в зоне электрообработки с изменениями электросопротивления грунта.

Объектом исследования являются загрязненные нефтепродуктами грунтовые основания зданий и сооружений, глинистые грунты. Цель исследования – обоснование оперативного электрофизического метода контроля процессов загрязнения и очистки грунтов от нефтепродуктов, установление закономерностей изменения свойств грунтового массива при электрохимической обработке для определения рациональных режимов обработки.

В статье описаны методика проведения натурных испытаний метода контролируемой электрохимической очистки грунта от нефтезагрязнений и экспериментальная установка. Изложены результаты инженерно-геологических изысканий грунтового массива, искусственно насыщенного нефтепродуктами (отработанным маслом, бензином). Детализированы процессы образования зон осушения, скопления нефтепродуктов при электроосмотическом переносе, изменения структуры грунта в результате фазового преобразования и растворения нефтепродуктов. Установлено явление коагуляции нефтепродуктов в порах грунта при электрообработке, приводящее к увеличению крупности песчаных и глинистых компонентов грунта, способствующее его дезактивации. Экспериментально доказана эффективность электрохимической очистки малопроницаемых песчано-глинистых грунтов.

Изложены результаты контроля процессов электрообработки грунтового массива, искусственно насыщенного нефтепродуктами (отработанным маслом, бензином) по изменению электросопротивления грунта с использованием системы микрозондов и схемы вертикального электрического зондирования. Детализированы процессы образования зон осушения, скопления нефтепродуктов при электроосмотическом переносе, изменения структуры грунта в результате коагуляции нефтепродуктов, динамики движения жидкостей в приэлектродных зонах. Доказана эффективность применения электрофизического контроля при исследовании сложных физических процессов и практическом управлением состоянием грунтовых массивов.

В статье описана методика геофизического мониторинга для диагностирования зоны загрязнения. Изложены результаты геофизических исследований, полученных методами георадиолокации, электрического зондирования и профилирования. Экспериментально доказана эффективность электрохимической очистки малопроницаемых песчано-глинистых грунтов, обеспечивающего детализацию зоны скопления нефтепродуктов, интегральный прогноз изменения свойств грунта в процессе обработки.

Дан краткий анализ методов очистки от нефтезагрязнений в основаниях строящихся и эксплуатируемых зданий и сооружений. Рассмотрена возможность очистки грунтов электрохимическим методом с использованием системы оперативного геофизического мониторинга в натурных условиях.

В статье говорится о необходимости проводить почвенный мониторинг – это система наблюдений, контроля и прогноза изменений компонентов почвенного покрова под влиянием внешних факторов. В КузГТУ выполнена разработка метода оперативного мониторинга загрязнения и очистки грунтов от нефтепродуктов, которая подразумевает замеры удельного электрического сопротивления загрязненного грунта и определение концентрации загрязнения по аналитическим зависимостям. Данный мониторинг осуществляется за счет свойств нефти и нефтепродуктов, которые проявляют ярко выраженные диэлектрические свойства, их электрическое сопротивление на 6 порядков выше, чем у чистого грунта.

В данной работе рассмотрена методика, основанная на количественной оценке содержания нефтепродуктов по измеряемому удельному электрическому сопротивлению (УЭС) загрязненного грунта. Предложенная методика позволяет: оперативно оценить степень загрязнения грунта нефтью или нефтепродуктами; обосновать  рекомендации  для  принятия  решений по  выбору оптимальных параметров технологии очистки нефтезагрязненных грунтов и восстановлению природной среды.

Для  установления  закономерностей  изменения  физических  свойств  грунтов  при электроосмотической очистке в лаборатории ГУ КузГТУ были проведены исследования на экспериментальной установке. УЭС природных жидкостей и нефтесодержащих загрязнителей, насыщающих грунты,  электрически  контрастны  и  отличаются  на  несколько  порядков  в  сторону загрязнителя, что позволяет с достаточной информативностью определить геометрические параметры зоны загрязненных грунтов и степень загрязнения.

В работе исследованы закономерности изменения физических свойств грунтов, загрязненных растворами кислоты и щелочи с концентрацией 1-8 %, при обработке постоянным однородным электрическим полем в одномерной электрической модели. Измерение электросопротивлений с использованием микродатчиков позволяет вести детальный мониторинг изменений состояния и свойств грунтов в зоне электрообработки в реальном масштабе времени, при этом пространственно-временные изменения УЭС являются объективным критерием перехода загрязненных грунтов в неактивное состояние.